(57)【要約】要約課題  非直線性抵抗体素子を積層して備えたタンク形避雷器において、簡素な形状で、かつ従来よりも非直線性抵抗体素子の電圧分担均一化を達成する形状のシールドを設けた避雷器を提供することを目的とするものである。解決手段  本発明の避雷器は、絶縁媒体が充填されたタンク内に、積層された非直線性抵抗体素子が備えられ、その周囲に円筒シールドが配置されている。前記課題を解決するために、本発明の避雷器は、シールド側面に複数の穴が設けてある。選択図      図１
2011016224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁媒体が充填されたタンクと、前記タンクに収納された積層された非直線性抵抗体素子と、前記タンク内の前記積層された非直線性抵抗体素子の周囲に配置され側面中央部に複数の穴を設けた円筒シールドを備えたタンク形避雷器。
【請求項２】
絶縁媒体が充填されたタンクと、前記タンクに収納された積層された非直線性抵抗体素子と、前記タンク内の前記積層された非直線性抵抗体素子の周囲に配置され側面に円筒シールドの軸方向の片側に偏在させて複数の穴を設けた円筒シールドを備えたタンク形避雷器。
【請求項３】
積層された非直線性抵抗体素子が平行に複数本設けられ直列接続されたことを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載のタンク形避雷器。
【請求項４】
シールドの形状を円錐台としたことを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のタンク形避雷器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発電所や変電所において、系統に侵入した異常電圧から電気機器を保護するために用いられる非直線性抵抗体素子を備えたタンク形避雷器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
避雷器は、雷撃電流などに起因する異常電圧から機器を保護するものである。避雷器に10kA流れた際の電圧（制限電圧と呼称）が低いほど保護機器に発生する電圧が小さくなる。そのため、制限電圧が低いほど保護機器の小形化が可能となり、避雷器の性能は良いと言われる。
一方、避雷器には雷撃電流などのサージ電流が流れていない時であっても、常時系統電圧が課電されており、避雷器内部に積層されている非直線性抵抗体素子により系統電圧が分担される。この非直線性抵抗体素子に分担される電圧ストレスは、長期信頼性などの観点から一定以下にする必要があり、同じ大きさの非直線性抵抗体素子を使用する場合は、非直線性抵抗体素子に分担される電圧が均等である場合に制限電圧が最も低くすることができ、避雷器の高性能化が達成できる。【０００３】
しかし、非直線性抵抗体素子個々に分担される電圧は、非直線性抵抗体素子から浮遊容量を介して接地電位のタンクへ流れる電流の影響を受け、課電側非直線性抵抗体素子で最も大きくなり接地側素子になるほど小さくなる。そのため、避雷器の高性能化を図るためには、課電側非直線性抵抗体素子の電圧ストレスを軽減し、非直線性抵抗体素子個々の電圧分担を均一にすることが重要となる。【０００４】
非直線性抵抗体素子の電圧分担を均一にするための方策は様々あるが、課電側にシールドを配置する方法もその一つとして広く用いられている。課電側にシールドを配置し、課電側シールドから非直線性抵抗体素子へ容量性の電流を注入することで、非直線性抵抗体素子からタンクへ流れる電流を補償し非直線性抵抗体素子の電圧分担を均一にすることを目的としているものである。（例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３２８３１０４号  公報
【特許文献２】特開２００８−３０６１３６号  公報
【特許文献３】特開平６−３０２４０９号  公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非直線性抵抗体素子を積層して備えたタンク形避雷器において、非直線性抵抗体素子の電圧分担を均一にするために、特許３２８３１０４号に示すような形状のシールドが用いられることがある。しかし、これらの形状は、構造が複雑となることや、シールドと接地タンク間の電界が不均一になり、避雷器に不均一な静電力が加わる可能性があるなどの課題を有している。【０００７】
そこで、簡素な構造であるとともに、シールドと接地タンク間の電界が不均一にならないことを目的とした円筒シールドが用いられる場合がある。
円筒シールドを使用し非直線性抵抗体素子の電圧分担を均一にする場合、接地タンク径、シールド径、非直線性抵抗体素子高さが決まると、非直線性抵抗体素子の電圧分担が最も小さくなるシールド深さが決まることから、電圧分担率の極大値と極小値が存在し、非直線性抵抗体素子の電圧分担の均一化に限界値があるという課題を有していた。
円筒シールドを使用した場合は、課電側の非直線性抵抗体素子おいてシールドから非直線性抵抗体素子に流れる電流が接地タンクに流れる電流に比べて大きくなり、電圧ストレスがその他素子の電圧ストレスよりも小さくなりすぎる過補償の状況となる課題があった。【０００８】
本発明は上記の従来の問題点を解決し、簡素な形状で、かつ従来よりも非直線性抵抗体素子の電圧分担均一化を達成する形状のシールドを設けた避雷器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の避雷器は、絶縁媒体が充填されたタンク内に、積層された非直線性抵抗体素子が備えられ、その周囲に円筒シールドが配置されている。
前記課題を解決するために、本発明の避雷器は、シールド側面に複数の穴が設けてある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のタンク形避雷器によれば、簡素な形状のシールドを用いて、従来よりも非直線性抵抗体素子の電圧分担を均一化することができる。その結果、避雷器の高性能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示す側面図である。
【図２】この発明の実施の形態１，２の電圧分担率を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２の構成を示す側面図である。
【図４】この発明の実施の形態２の構成を示す水平断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３の構成を示す側面図である。
【図６】この発明の実施の形態３の構成を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３の詳細図である。
【図８】この発明の実施の形態４の構成を示す側面図である。
【図９】この発明の実施の形態４の電圧分担率を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態５の構成を示す側面図である。
【図１１】この発明の実施の形態５の構成を示す水平断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態５の電圧分担率を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態６の構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の構成を示す側面図である。避雷器のタンク外壁の一部を取り除いてタンク内部を側面から観察した図を示している。
非直線性抵抗体素子としては、酸化亜鉛素子を用いた例を示している。酸化亜鉛素子は理想的な特性要素の電圧−電流特性に近い特性を持ち広く用いられている。
絶縁媒体が充填されたタンク１の内部には、複数の酸化亜鉛素子２が、絶縁筒３に支持され単中に直列に積層されている。酸化亜鉛素子２の課電側上端は、絶縁スペーサ４で支持されている高圧側導体５を介して主回路導体へ接続されており、酸化亜鉛素子２の低圧側下端は、接地電位部に接続されている。また、酸化亜鉛素子の課電側には、円筒シールド６が配置されている。
【００１３】
図１の円筒シールド６には、側面に円形の穴７が設けてある。なお、穴の形状は、楕円、四角など円形以外の場合においても本発明の実施の形態に適用できる。  
図１では、シールドに設けてある穴数は４つであるが、数が異なる場合においても、本発明の実施の形態に適用できる。ただし、穴数については、円筒シールドと接地タンク間の電界がタンク中心線に対して対照となり、不均一にならないように、複数個設けることが好ましい。
【００１４】
図２はこの発明の実施の形態１，２の電圧分担率を示す図である。
横軸は素子の位置を表しており、左端が課電側、右端が接地側である。縦軸は電圧分担率を示している。
円筒シールド６に穴を設けることで、酸化亜鉛素子２から接地タンク１に流れる電流と円筒シールド６から酸化亜鉛素子２に流れる電流の大きさを近づけることができ、その結果、穴無しの円筒シールドを設置した場合と比較して、課電側の酸化亜鉛素子２への電流の過補償を防ぐことができる。
図１に示した実施の形態１に係わる避雷器と、穴無しの円筒シールドを設置した場合の避雷器の酸化亜鉛素子の電圧分担率は、図２に示した一点鎖線Ｊと実線Ｈのようになる。なお、電圧分担率は、1に近いほど均一であることを示している。図１に示したシールドに穴のある避雷器の電圧分担は、シールドに穴の無い避雷器に比べて、酸化亜鉛素子へ流れる電流の過補償を防ぐことができるため、最大電圧分担率で２％程度の低減が期待できる。
なお、酸化亜鉛素子から接地タンクへ流れる電流の大きさは、円筒シールドに設ける穴の大きさにより調整することができる。このことから、シールドに穴を設けることで、従来のシールドに穴がない場合よりも、酸化亜鉛素子の電圧分担を均一化する効果が期待できる。
【００１５】
よって、実施の形態１に係わるタンク形避雷器によれば、簡素な形状のシールドを用いて、従来よりも非直線性抵抗体素子の電圧分担を均一化することができる。その結果、避雷器の高性能化を図ることができる。
【００１６】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２の構成を示す側面図である。避雷器のタンク外壁の一部を取り除いてタンク内部を側面から観察した図を示している。
図４はこの発明の実施の形態２の構成を示す水平断面図である。図４は、図３をＡ−Ａに沿って切断し、矢印方向に見た水平断面図である。円筒シールド６側面には、等間隔に複数の穴７が設けてある。
【００１７】
円筒シールドの穴の位置によって、過補償となる酸化亜鉛素子の位置を調節することができる。そのため、より効率的に電圧分担均一化を図るためには、シールドに設ける穴の位置は、図４のようにシールドの下部に設けることが好ましい。穴の位置と電圧分担の分布は、三次元電界解析シミュレーションで得ることができる。
【００１８】
図３及び図４に示した実施の形態２に係わる避雷器と、穴無しの円筒シールドを設置した場合の避雷器の酸化亜鉛素子の電圧分担率は、図２に示した破線Ｋと実線Ｈのようになる。なお、電圧分担率は、１に近いほど均一であることを示している。図３及び図４に示したシールドに穴のある避雷器の電圧分担は、シールドに穴の無い避雷器に比べて、酸化亜鉛素子へ流れる電流の過補償を防ぐことができるため、最大電圧分担率で５％程度の低減が期待できる。
また、円筒シールドの穴の位置だけでなく、穴の径を変更したり、複数の穴の径をそれぞれ違えて設けたり、穴の分布密度を円筒シールドの場所に応じて変更することでも、電圧分担の分布を補償することができる。
これらの各場合の穴の位置・種類・密度と電圧分担の分布は、三次元電界解析シミュレーションで得ることができる。
【００１９】
以上のように、円筒シールドに穴を設けるだけでなく、穴の位置や、大きさ、密度を最適化することで、簡素な形状のシールドを用いて、非直線性抵抗体素子の電圧分担をより均一化することができる。その結果、避雷器の高性能化を図ることができる。
【００２０】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３の構成を示す側面図である。図５は、酸化亜鉛素子が3柱直列に積層されている場合の、本発明の実施の形態３を示している。避雷器のタンク外壁の一部を取り除いてタンク内部を側面から観察した図を示している。
図６は、この発明の実施の形態３の構成を示す断面図である。避雷器の円筒シールドの一部を取り除いて円筒シールド内側の酸化亜鉛素子が3柱直列に積層されている状態を側面から観察した図を示している。
図７は、この発明の実施の形態３の詳細図である。図６のＤ部をさらに拡大して展開した詳細部分が（ｂ）に、そのＢ−Ｂ部分を水平に切断した水平断面図を（ａ）に示している。図７（ｂ）には、課電側から接地側へ電流が流れる順路が矢印で記されている。
【００２１】
実施の形態３のように、複数の非直線性抵抗素子の積層柱を設け、これらを直列に接続することで、高電圧に対応しかつ小型の避雷器を実現することができ、また、これら複数の非直線性抵抗素子の積層柱を穴が設けられた円筒シールドで囲むことによって、非直線性抵抗体素子の電圧分担を均一化することができる。
その結果、避雷器の小型化・低コスト化・高性能化を図ることができる。
【００２２】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４の構成を示す側面図である。避雷器のタンク外壁の一部を取り除いてタンク内部を側面から観察した図を示している。
非直線性抵抗体素子としては、酸化亜鉛素子を用いた例を示している。酸化亜鉛素子は理想的な特性要素の電圧−電流特性に近い特性を持ち広く用いられている。
絶縁媒体が充填されたタンク１の内部には、複数の酸化亜鉛素子２が、絶縁筒３に支持され、単柱に直列に積層されている。酸化亜鉛素子２の積層状態を判りやすくするために、絶縁筒の壁面を一部取り除いて絶縁筒３の内部を側面から観察した図を示している。酸化亜鉛素子２の課電側上端は、絶縁スペーサ４で支持されている高圧側導体５を介して主回路導体へ接続されており、酸化亜鉛素子２の低圧側下端は、接地電位部に接続されている。また、酸化亜鉛素子の課電側には、酸化亜鉛素子と同軸のシールド６が配置されている。
【００２３】
図８のシールド６には、側面に円形の穴７が設けてある。なお、穴の形状は、楕円、四角など円形以外の場合においても本発明の実施の形態に適用できる。
図８のシールド６は円錐台形である。この場合のタンク径は図１の円筒形の場合と同一とする。
シールド形状は、図８に示すような部分的に円錐台または、円錐を取り入れた形状の場合においても本発明の実施の形態に適用できる。
円筒形、円錐台形およびこれらの形状を組み合わせたシールドは、組み立てが簡単で全体として簡素な形状と言える。
本発明は上記の従来の問題点を解決し、簡素な形状で、かつ従来よりも非直線性抵抗体素子の電圧分担均一化を達成する形状のシールドを設けた避雷器を提供することを目的とするものである。
シールド６の側面には、等間隔に複数の穴７が設けてある。図８では、シールドに設けてある穴数は４つで図示しているが、数が異なる場合においても、本発明の実施の形態に適用できる。ただし、穴数については、シールドと接地タンク間の電界が不均一にならないように、複数個設けることが好ましい。
【００２４】
図８のようにシールド６に穴を設けることで、酸化亜鉛素子２からシールドの穴を介し接地タンク１に流れる電流とシールド６から酸化亜鉛素子２に流れる電流の大きさを近づけることができ、その結果、課電側の酸化亜鉛素子２の過補償を防ぐことができる。なお、酸化亜鉛素子からシールドの穴を介し接地タンクへ流れる電流の大きさは、シールドに設ける穴の大きさにより調整することができる。このことから、シールドに穴を設けることで、従来のシールドに穴がない場合よりも、酸化亜鉛素子の電圧分担を均一化する効果が期待できる。
【００２５】
また、シールドの形状については、シールドに穴を設けない場合は、円錐台形の方が図１のような円筒形よりも課電側素子が過補償となるため、酸化亜鉛素子の電圧分担が不均一になる。一方、シールドに穴を設ける場合は、図８のような円錐台形の方が図１のような円筒形よりも、シールドから酸化亜鉛素子へ注入される電流の大きさが酸化亜鉛素子からシールドの穴を介しタンクへ流れる電流の大きさと近づくため、酸化亜鉛素子の電圧分担はより均一になる。
【００２６】
図９はこの発明の実施の形態４の電圧分担率を示す図である。
横軸は素子の位置を表しており、左端が課電側、右端が接地側である。縦軸は電圧分担率を示している。
図１に示した円筒形シールドの穴が中央に設けてある避雷器と、図１に示す円筒形シールドに穴を設けない避雷器と、図８に示した円錐台形シールドの穴が中央部に設けてある避雷器と、図８に示す円錐台形シールドに穴を設けない避雷器の酸化亜鉛素子の電圧分担率は、図９の一点鎖線Ｌ、実線Ｍ、破線Ｎ、二点鎖線Ｐのようになる。
なお、電圧分担率は、１に近いほど均一であることを示している。シールドに穴を開けない場合は、円錐台形の方が円筒形よりも課電側素子が過補償となるため、穴無円筒型シールドの場合を基準にして、最大電圧分担率で０．５％程度大きくなる。一方、図８のように円錐台形シールド側面中央部に穴を設けた場合は、課電側酸化亜鉛素子の過補償を防ぐことができるため、穴無円筒型シールドの場合を基準にして、最大電圧分担率で５％程度の低減が期待できる。図１のように円筒形シールドの中央に穴を設けた避雷器の低減度合いが、穴無円筒型シールドの場合を基準にして、２程度％であることから、シールドに穴を設ける場合のシールド形状は円錐台形のほうがより効果が大きい。
穴の大きさとシールド径などによる電圧分担への影響は、三次元電界解析シミュレーションで最適値を求め、実験で確認することができる。
【００２７】
実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５の構成を示す側面図である。
図１１は、図１０をＣ−Ｃに沿って切断し、矢印方向に見た横断面図である。シールド６の側面には、等間隔に複数の穴７が設けてある。
【００２８】
酸化亜鉛素子からシールドの穴を介し接地タンクへ流れる電流の大きさは、シールドに設ける穴の大きさにより調整することができる。また、シールドの穴の位置によって、過補償となる酸化亜鉛素子の位置を調節することができる。そのため、より効率的に電圧分担均一化を図るためには、シールドに設ける穴の位置を、図１０のようにシールドの下部側に設けることが好ましい。穴の位置と電圧分担の分布は、三次元電界シミュレーションで得ることができる。
【００２９】
図１２はこの発明の実施の形態５の電圧分担率を示す図である。
横軸は素子の位置を表しており、左端が課電側、右端が接地側である。縦軸は電圧分担率を示している。
図１に示す円筒形シールドに穴を設けない避雷器と、図８に示した円錐台形シールドの
穴が中央部に設けてある避雷器と、図１０に示した円錐台形シールドの穴が下部側に設けてある避雷器の酸化亜鉛素子の電圧分担率は、図１２の実線Ｑ、破線Ｒ、一点鎖線Ｓのようになる。図１０のようにシールドの下部側に穴を設ける場合は、穴無円筒形シールドの場合を基準にして、最大電圧分担率を７％程度低減できる。図８のように円錐台形シールド側面中央部に穴を設けた避雷器の低減度合いは５％程度であることから、シールド側面に穴を設ける際の位置は、図１０のようにシールド下部側の方が効果が大きい。
【００３０】
実施の形態６．
図１３は、この発明の実施の形態６の構成を示す側面図である。図１３は、酸化亜鉛素子が３柱直列に積層されている場合の、本発明の実施の形態６を示している。
【００３１】
実施の形態６のように、複数の非直線性抵抗素子の積層柱を設け、これらを直列に接続することで、高電圧に対応しかつ小型の避雷器を実現することができ、また、これら複数の非直線性抵抗素子の積層柱を穴が設けられた円錐台形シールドで囲むことによって、非直線性抵抗体素子の電圧分担を均一化することができる。
その結果、避雷器の小型化・低コスト化・高性能化を図ることができる。
【００３２】
なお、上記の実施の形態１〜６で述べたシールドは、円筒形または円錐台形のシールドに穴を開けるだけなので、簡素な形状のシールドで高性能化を達成できる。円筒形または円錐台形のシールドは少ない部品点数で形成できるため、コスト的にも品質的にも有利に避雷器の高性能化を達成できる。
【符号の説明】
【００３３】
１            タンク
２            酸化亜鉛素子
３            絶縁筒
６            円筒シールド
７            穴
【図１】
2011016224.tif 000003
【図２】
2011016224.tif 000004
【図３】
2011016224.tif 000005
【図４】
2011016224.tif 000006
【図５】
2011016224.tif 000007
【図６】
2011016224.tif 000008
【図７】
2011016224.tif 000009
【図８】
2011016224.tif 000010
【図９】
2011016224.tif 000011
【図１０】
2011016224.tif 000012
【図１１】
2011016224.tif 000013
【図１２】
2011016224.tif 000014
【図１３】
2011016224.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月20日(2011.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁媒体が充填されたタンクと、前記タンクに収納された積層された非直線性抵抗体素子と、前記タンク内の前記積層された非直線性抵抗体素子の周囲に配置され側面に円筒シールドの軸方向の片側に偏在させた１箇所の円周に高々４個の穴を設けた円筒シールドと、を備えたタンク形避雷器。
【請求項２】
積層された非直線性抵抗体素子が平行に複数本設けられ直列接続されたことを特徴とする、請求項１に記載のタンク形避雷器。
【請求項３】
シールドの形状を円錐台としたことを特徴とする、請求項１または２に記載のタンク形避雷器。
【国際調査報告】
2011016224.tif 000016
2011016224.tif 000017
2011016224.tif 000018
2011016224.tif 000019